Génesis Estelar: Procesos Nucleares y Abundancia de Elementos

Las siguientes reacciones nucleares han sido propuestas para explicar los distintos tipos de estrellas y la abundancia relativa de los elementos:

1. Procesos exotérmicos en el interior de las estrellas (sucesivos):
   • Fusión de Hidrógeno
   • Fusión de Helio
   • Fusión de Carbono
   • El proceso alfa
   • El equilibrio o proceso e
2. Proceso de captura de neutrones:
   • Procesos s (captura lenta)
   • Procesos r (captura rápida)
3. Procesos misceláneos (generales):
   • Proceso de captura de protones (proceso p)
   • Procesos de fragmentación de materia (proceso x)

Procesos Exotérmicos en el Interior de las Estrellas

1. Procesos exotérmicos en el interior de las estrellas (sucesivos):
   • Fusión de Hidrógeno (T > 10⁷ K): Proceso general: 4 ¹H → ⁴He + 2e⁺ + 2ν_e Q = 26.72 MeV
   • Fusión de Carbono (T > 5x10⁸ K): Proceso general:
     • ¹²C + ¹²C → ²⁴Mg + γ Q = 13.85 MeV
     • ¹²C + ¹²C → ²³Na + ¹H Q = 2.23 MeV
     • ¹²C + ¹²C → ²⁰Ne + ⁴He Q = 4.62 MeV
   • Procesos adicionales que generan núcleos más pesados:
     • ⁴He + ¹²C → ¹⁶O + γ Q = 7.148 MeV
     • ⁴He + ¹⁶O → ²⁰Ne + γ Q = 4.75 MeV
     • ⁴He + ²⁰Ne → ²⁴Mg + γ Q = 9.31 MeV
   • Fusión de Helio (T > 2x10⁸ K): Proceso general: ⁴He + ⁴He ↔ ⁸Be ⁸Be + ⁴He ↔ ¹²C* + γ 3⁴He → ¹²C* + γ Q = 7.281 MeV
   • El proceso alfa (α) (T > 10⁹ K):
     • ²⁰Ne + γ → ¹⁶O + ⁴He Q = -4.75 MeV
     • ²⁰Ne + ⁴He → ²⁴Mg + γ Q = +9.31 MeV
     • 2 ²⁰Ne → ¹⁶O + ²⁴Mg + γ Q = +4.56 MeV

Este proceso es considerado el responsable de la síntesis de los elementos llamados núcleos de partículas α: ²⁸Si, ³²S, ³⁶Ar, ⁴⁰Ca y explica la abundancia relativa decreciente encontrada.

El Proceso de Equilibrio (e)

(T > 3x10⁹ K): Se asocia a la formación de los elementos desde el ²²Ti hasta el ²⁹Cu y explica por qué el ²⁶Fe es más abundante. En momentos previos a la explosión de una supernova tienen lugar en gran profusión muchas reacciones nucleares de tipo: (γ, α), (γ, p), (γ, n), (α, n), (p, γ), (n, γ), (p, n), etc. Esto permite una serie de inter-conversiones nucleares hasta alcanzar rápidamente un equilibrio estadístico entre varios núcleos, protones y neutrones libres.

Proceso “x” (Fragmentación de Materia)

(T > 10⁹K): Se ha propuesto para explicar la existencia de ⁶Li, ⁷Li, ⁹Be, ¹⁰B y ¹¹B. Estos elementos no se generan en las reacciones termonucleares expuestas. Los rayos cósmicos están formados por una gran variedad de partículas atómicas (núcleos desde el Hidrógeno hasta el Uranio han sido detectados aunque los más abundantes son el ¹H y ⁴He; [¹H:500; ⁴He:40; Z =3-9: 5; Z ≥ 10: 1]; estos se mueven por el espacio a velocidades relativísticas. Se supone que las partículas con Z grandes contenidas en los rayos cósmicos colisionan con núcleos de ¹H y ⁴He del espacio interestelar, fragmentándose y originando núcleos más pequeños, tales como ⁶Li, ⁷Li, ⁹Be, ¹⁰B y ¹¹B. También hay que considerar el proceso inverso: choque de partículas aceleradas de ⁴He con núcleos del grupo de Fe, que por escisión dan lugar a estos núcleos ligeros y elementos entre el Sc y Cr.

Abundancia de los Elementos

1. Las abundancias de los elementos decrecen exponencialmente al aumentar el número atómico másico A hasta A ∼100 (Z ∼ 42). A partir de este valor el decrecimiento es más gradual y a veces está enmascarado por las fluctuaciones locales.
2. Existe un pico pronunciado entre Z = 23-28 incluyendo V, Cr, Mn, Fe, Co y Ni alcanzando un máximo en el Fe, el cual es 10³ veces más abundante que lo esperado siguiendo la tendencia general.
3. Deuterio (D), Li, Be y B son escasos si se compara con los elementos vecinos H, He, C, y N.
4. Entre los elementos ligeros (hasta el Sc, Z = 21), aquellos que tienen un número atómico másico A divisible por 4 son más abundantes que sus elementos vecinos, p. ej. ¹⁶O, ²⁰Ne, ²⁴Mg, ²⁸Si, ³²S, ³⁶Ar y ⁴⁰Ca.
5. Los átomos con A singulares son menos abundantes.